Mise en œuvre et étude de structures de nontissés et de composites poreux multifonctionnels en para-aramide : absorption acoustique et résistance à l’impact

par Marion Amiot

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique, Sciences des matériaux

Sous la direction de Anne Perwuelz et de Maryline Lewandowski.

Soutenue le 29-03-2012

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Roubaix, Nord) (laboratoire) .


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est l’élaboration de matériaux fibreux destinés à être utilisés en matériau d’âme dans des structures sandwiches. Les principales applications visées sont l’absorption acoustique et la résistance à l’impact. Nous avons ainsi développé des nontissés épais (environ 10 mm) en para-aramide, ayant une porosité supérieure à 90% et des densités inférieures à 150 kg/m3. Nous avons fabriqué des composites poreux à base de ces nontissés en utilisant diverses résines, dont l’époxy. La technique utilisée permet de conserver une porosité autour de 80%. Nous nous sommes intéressés à l’architecture interne poreuse des nontissés en étudiant les tailles de pores équivalents, l’isotropie, la distribution/orientation des fibres et leur degré d’enchevêtrement à l’aide de tests expérimentaux (perméabilité ; traction/compression ; capillarité ; porométrie) et de modèles théoriques (perméabilité et van Wyk). Nous avons relié les paramètres structurels aux paramètres de procédé de fabrication. Les résultats en acoustique ont démontré le bon pouvoir absorbant des nontissés au-delà de 4000 Hz. Nous avons lié avec succès l’épaisseur, la résistivité au passage de l’air et les tailles de pore obtenus par capillarité, aux propriétés acoustiques via le modèle de Delany et Bazley et le modèle de Johnson et Allard. Nous avons évalué à travers des tests de compression la capacité des matériaux fibreux à absorber et à dissiper de l’énergie : les mécanismes mis en jeu sont les frottement/rupture de fibres et la déformation de la structure. Enfin, les tests à l’impact de nontissés et de composites ont montré un réel potentiel des nontissés au cœur de sandwichs pour amortir l’impact.

  • Titre traduit

    Development and study of multifunctional para-aramid nonwovens and porous composite structures : acoustic absorption and Impact resistance


  • Résumé

    The aim of this thesis is to develop fibrous structures in view of using them as core material in sandwich structures, for impact resistance and acoustic applications. Thick para-aramid nonwovens have hence been manufactured, with porosities above 90% and densities below 150 kg/m3. Their thickness was around 10 mm. Porous composites have been obtained from these nonwovens, using various resins (namely epoxy), and with a technique that allows to keep a high porosity level of 80% in the final structure.The internal porous architecture has been studied through different methods and parameters: the equivalent pore sizes, the isotropy, the fibre distribution/orientation and the degree of fibre entanglements have been evaluated with different experimental techniques (air permeability; tensile/compression tests; capillarity; porometry) and using theoretical models (permeability, van Wyk). The structural parameters have been related to the process parameters. The acoustic measurements have shown that our nonwovens were good acoustic absorbers at frequencies above 4000 Hz. The use of two models, Delany and Bazley, and Jonhson and Allard, has shown that the acoustic absorption behaviour can be modelled with the material characteristics (thickness, resistivity and an equivalent pore diameter). The capacity of our materials to absorb and dissipate energy has been evaluated with compression testing. The main mechanisms involved are fibre friction, fibre breakage and structure deformation. Finally, the impact tests performed on nonwovens and their composites have demonstrated the real potential of nonwovens to be used at the core of sandwiches to absorb impact.

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